王超， 陳誠， 曾瑞祥

(中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430000)

雙壁鋼圍堰因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、強(qiáng)度及剛度較高、擋水效果好、施工風(fēng)險可控等諸多優(yōu)點在深水基礎(chǔ)施工中被廣泛應(yīng)用。圍堰浮運至施工區(qū)域后通常采用隔艙內(nèi)注水或灌注砂石輔助下沉，圍堰隔艙在完成全橋施工后一般采用潛水員水下氧弧切割法切割成塊配合浮吊轉(zhuǎn)運進(jìn)行拆除。部分在深水航道區(qū)域的圍堰考慮高水頭差下圍堰穩(wěn)定性在圍堰下沉到位后會在圍堰隔艙內(nèi)澆筑混凝土，此類圍堰并不適宜采用水下氧弧切割法進(jìn)行拆除，且無相關(guān)經(jīng)驗可以借鑒，因此有必要對隔艙內(nèi)有異物圍堰的拆除施工進(jìn)行研究，找出一種適宜的施工方式安全高效地進(jìn)行圍堰拆除施工。

1 工程概況

1.1 工程簡介

沌口長江公路大橋主橋為五跨一聯(lián)雙塔雙索面半漂浮體系鋼箱梁斜拉橋，跨徑布置為(100+275+760+275+100) m=1 510 m。主塔為鉆石形結(jié)構(gòu)，總高233.7 m，為空心箱形截面。承臺平面尺寸為52.2 m×26 m，高6 m(圖1)。

圖1 沌口長江公路大橋主橋橋型布置(單位：m)

大橋主墩位于武漢長江航道區(qū)域，近5年內(nèi)最高水位26.67 m，最低水位11.81 m，主墩區(qū)域水流流速接近2.5 m/s。水位變化趨勢為7—10月水位緩慢下降，10—11月水位略微上升，隨后至次年3月水位持續(xù)下降。

1.2 雙壁鋼圍堰簡介

雙壁鋼圍堰長55.3 m，寬29.1 m，高26.5 m，下設(shè)1.74 m高度刃腳。雙壁鋼圍堰由內(nèi)外兩層鋼板及其間的加勁肋與連接支撐組成，雙壁隔艙厚1.5 m。圍堰內(nèi)壁板及外壁板為6 mm鋼板，豎肋為75 mm×50 mm不等肢角鋼，環(huán)向間距40 cm，焊接在內(nèi)外壁板上。橫肋為10 mm厚環(huán)板與90 mm×8 mm不等肢角鋼，豎向間距為900～1 300 mm，與內(nèi)外壁板焊接將其連接為整體。圍堰在平面上由12 mm厚隔倉板分為32個大小不等的隔艙。圍堰內(nèi)豎向設(shè)置3道鋼管內(nèi)支撐，3層內(nèi)支撐之間的間距分別為3.7、4.3 m，內(nèi)支撐采用φ1 000 mm×10 mm螺旋焊管焊接而成，螺旋焊管之間以及焊管與圍堰內(nèi)壁的焊接采用哈弗板的形式連接(圖2)。

圖2 鋼圍堰結(jié)構(gòu)布置(單位：m)

由于內(nèi)外設(shè)計水頭差達(dá)到11 m，為保證圍堰結(jié)構(gòu)在施工期間的整體安全及穩(wěn)定性，圍堰封底后在圍堰隔艙中澆筑C50混凝土，其中箱形隔艙內(nèi)混凝土澆筑至圍堰頂標(biāo)高，其余隔艙內(nèi)混凝土澆筑至設(shè)計水位標(biāo)高。

圍堰頂標(biāo)高：+26.0 m(含防浪板)。

圍堰底標(biāo)高：-0.5 m。

承臺頂標(biāo)高：+10.3 m。

隔艙內(nèi)混凝土標(biāo)高：+12.1～+16.0 m。

箱形隔艙內(nèi)混凝土標(biāo)高：+24.1 m。

2 鋼圍堰拆除工藝

2.1 總體施工方案

為滿足主塔區(qū)域通航凈空要求，需要將承臺頂標(biāo)高以上部分圍堰全部拆除。綜合考慮起重船的吊裝高度和起吊能力及水位情況分3步拆除圍堰：首先抽水清理圍堰，同時拆除圍堰頂部防浪板。后續(xù)從標(biāo)高+16.0 m處將圍堰分成2層分別進(jìn)行拆除，第1層高8.1 m，第2層高5.7 m。在枯水期(當(dāng)年11月至次年3月)進(jìn)行圍堰內(nèi)抽水清理。水位低于+16 m時開始拆除第1層，采用氧割法割除標(biāo)高+16 m以上鋼結(jié)構(gòu)部分，箱形隔艙鋼混結(jié)構(gòu)采用金剛石繩鋸切割；第2層水面以上鋼結(jié)構(gòu)部分采用氧割法割除，水面以下隔艙內(nèi)無混凝土部分采用水下氧弧切割法拆除，其余部分采用金剛石繩鋸割除(圖3)。

圖3 鋼圍堰分層示意圖

2.2 拆除前準(zhǔn)備工作

前期施工中已拆除兩道內(nèi)支撐，剩余一道內(nèi)支撐標(biāo)高為+13.4 m。在原設(shè)計基礎(chǔ)上建立有限元模型，模擬內(nèi)支撐拆除施工過程，對圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗算。結(jié)果表明施工水位不超過+17 m，進(jìn)行圍堰內(nèi)支撐拆除圍堰的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度滿足規(guī)范要求。

水位低于+18 m時開始圍堰內(nèi)抽水、拆除防浪板等工作，同步進(jìn)行隔艙內(nèi)的泥砂清除(防浪板拆除后圍堰頂標(biāo)高為+24.1 m)。待圍堰內(nèi)抽水完成后，利用高壓水槍開始清理、沖洗圍堰內(nèi)淤泥、雜物、封堵集水井并割除內(nèi)支撐圍堰端，利用浮吊船采用捆綁式栓鉤栓緊，待鋼絲繩稍受力后割除內(nèi)支撐塔座端。并對塔座表面埋件處進(jìn)行修飾處理。

根據(jù)施工現(xiàn)場的實際起重能力將第1層圍堰平面分為34塊，豎向切割縫均設(shè)置在角鋼豎肋之間，最大塊件重量為28 t。切割前在圍堰內(nèi)外壁體上放出切割線的位置，并用紅漆噴涂標(biāo)記。為方便作業(yè)人員進(jìn)入狹小隔艙內(nèi)安全作業(yè)，將隔艙內(nèi)切割線附近角鋼豎肋及環(huán)向鋼板切除作為橫向、豎向安全通道。

2.3 第1層圍堰拆除

考慮現(xiàn)場設(shè)備起重能力，第1層圍堰平面分為34塊，圍堰鋼結(jié)構(gòu)部分采用氧割法切割拆除，箱形隔艙采用金剛石繩鋸切割拆除。

(1) 首先在圍堰上游處采用氧割由上到分層線位置割開寬30 cm的缺口，以防止圍堰受擠壓造成吊運困難。

(2) 作業(yè)人員自安全通道進(jìn)入圍堰隔艙內(nèi)部切割壁體，壁體切割遵循“自上而下，先豎向縫后水平縫”的原則進(jìn)行。待豎向縫切割完成后在圍堰頂部環(huán)板與壁板之間焊接吊耳。

(4) 安裝金剛石繩鋸系統(tǒng)，包括切割裝置、導(dǎo)向裝置、動力裝置等部分，繩鋸?fù)ㄟ^滑輪組改變鋸繩的切割方向。將需要切割部分的鄰近圍堰璧體作為導(dǎo)向裝置定位點，末道小隔艙割除采用主墩平臺臨近樁作為導(dǎo)向架定位點。安裝繩鋸切割機(jī)具并收緊金剛石切割繩，采用鋼絲繩捆綁栓掛塊件至浮吊后，開始啟動切割機(jī)具，金剛石切割繩切割隔艙鋼混部分,切割完成之后吊運至駁船上。

(5) 按照上述步驟將圍堰第1層全部拆除。

2.4 第2層圍堰拆除

第2層圍堰平面共分為36塊，水面以上鋼結(jié)構(gòu)部分采用氧割法割除，水下鋼結(jié)構(gòu)采用水下氧弧法切割，鋼混結(jié)構(gòu)采用金剛石切割繩切割割除?？紤]水流夾帶泥砂淤積的影響，水下部分從下游側(cè)向上游側(cè)進(jìn)行拆除。

(1) 水下鋼結(jié)構(gòu)與水上鋼結(jié)構(gòu)切割方法、順序類似，即先切割安全通道、清理圍堰隔艙，后切割豎向縫及水平縫。不同點有：豎向縫的定位需要在隔艙內(nèi)用垂線法的方式進(jìn)行確定，潛水員手持水下氧弧切割專用設(shè)備沿垂線自上而下切割豎向縫(水面以上豎縫預(yù)留0.25 m)，豎向縫切割完成后浮吊栓好塊件至鋼絲繩垂直再進(jìn)行水平縫切割。水平縫的位置根據(jù)混凝土面或承臺面進(jìn)行確定。水平縫切割完成后潛水員離開工作水域，在圍堰頂部切割預(yù)留的豎向縫，由浮吊船吊運至駁船。

(2) 第2層圍堰拆除前在圍堰內(nèi)側(cè)壁體上沿承臺頂面開出7 cm圓孔用于金剛石繩鋸設(shè)備穿線，開孔處保留外壁板由潛水員水下割除。

(3) 將需要切割部分的鄰近圍堰璧作為導(dǎo)向架定位點，最后一部分圍堰壁割除采用交通船作為導(dǎo)向架定位點，將動力裝置固定在圍堰頂面工作平臺上，將金剛石繩索穿過導(dǎo)向滾輪后由潛水員將繩索穿過水下導(dǎo)向裝置并穿入圓孔，調(diào)節(jié)導(dǎo)向裝置方向使切割面與繩索轉(zhuǎn)動方向位于同一水平面上，調(diào)試整套機(jī)具并收緊金剛石繩索。

3 施工注意事項

(1) 結(jié)合混凝土強(qiáng)度鋼板厚度來選擇切割機(jī)具的功率、繩索的類型及機(jī)具轉(zhuǎn)動速度。施工中發(fā)現(xiàn)繩索鋒利程度與鋼混結(jié)構(gòu)材質(zhì)不匹配會使得切割工效極低。繩索過于鋒利則切入鋼混結(jié)構(gòu)的速度快，導(dǎo)致機(jī)具功率跟不上切割繩運轉(zhuǎn)速率，從而出現(xiàn)卡繩的情況。

(2) 金剛石繩鋸鋸切面為弧形，需等到完全切割后浮吊才能起重吊離。

(3) 當(dāng)繩索運轉(zhuǎn)速度較小時，金剛石繩鋸的弧區(qū)鋸切力分布波動很小，繩索運轉(zhuǎn)流暢，不易卡繩但工效較低。當(dāng)繩索運轉(zhuǎn)速度較大時，弧區(qū)起始端的弧區(qū)鋸切力會明顯大于終端位置的鋸切力，混凝土較松散時容易出現(xiàn)卡繩的情況。

(4) 在水位較低，且圍堰強(qiáng)度能夠滿足要求的前提下可以采取在圍堰內(nèi)壁板上開孔，人工配合小型鑿巖機(jī)鑿除隔艙內(nèi)混凝土，潛水員水下氧弧切割外壁板的方式進(jìn)行圍堰拆除。

4 結(jié)語

沌口長江公路大橋主墩圍堰自2017年11月開始進(jìn)行拆除施工，耗時兩個枯水期至2018年2月安全順利完成拆除工作，后經(jīng)航道部門河床掃描確認(rèn)拆除工作滿足要求。該文介紹的在深水航道區(qū)域?qū)Ω襞搩?nèi)有混凝土的雙壁鋼圍堰的拆除施工案例可為后續(xù)類似環(huán)境下的工程施工提供參考和借鑒。